19482

Паралельні компютерні архітектури

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Паралельні комп'ютерні архітектури Швидкість роботи комп'ютерів стає все вище а й вимоги до них постійно зростають. Астрономи намагаються відтворити всю історію Всесвіту з моменту великого вибуху і до сьогоднішнього дня. Фармацевти хотіли б розробляти нові лікарськ

Украинкский

2013-07-12

42.8 KB

2 чел.

Паралельні комп'ютерні архітектури

Швидкість роботи комп'ютерів стає все вище, а й вимоги до них постійно зростають. Астрономи намагаються відтворити всю історію Всесвіту з моменту великого вибуху і до сьогоднішнього дня. Фармацевти хотіли б розробляти нові лікарські препарати за допомогою комп'ютерів, не приносячи в жертву легіони щурів. Розробники літальних апаратів могли б отримувати кращі результати, якби замість будівництва величезних аеродинамічних труб моделювали свої конструкції на комп'ютері. Якщо говорити коротко, якими б потужними не були комп'ютери, їх можливостей ніколи не вистачить для вирішення багатьох нетривіальних задач (особливо наукових, технічних і промислових).

Хоча тактова частота постійно зростає, швидкість комутації не можна збільшувати нескінченно. Головною проблемою залишається швидкість світла - неможливо примусити протони й електрони рухатися швидше. Через високу тепловіддачу комп'ютери перетворилися на кондиціонери. Нарешті, оскільки розміри транзисторів постійно зменшуються, зрештою настане час, коли кожен транзистор буде складатися з декількох атомів, тому основною проблемою можуть стати закони квантової механіки (наприклад, принцип невизначеності Гейзенберга).

В результаті, щоб мати можливість вирішувати більш складні завдання, розробники звернулися до комп'ютерів паралельної дії (далі - паралельні комп'ютери). Неможливо побудувати комп'ютер з одним процесором і часом циклу в 0,001 не, але зате можна побудувати комп'ютер з 1000 процесорами, час циклу кожного з яких складає 1 не. І хоча швидкодії кожного процесора в другому випадку очевидно мало, теоретично ми повинні отримати необхідну продуктивність.

Паралелізм можна вводити на різних рівнях. На самому низькому рівні він може бути реалізований в процесорі за рахунок конвейеризації і суперскалярної архітектури з кількома функціональними блоками. Прихованого паралелізму можна добитися шляхом значного подовження слів в командах. За допомогою додаткових функцій можна «навчити» процесор одночасно обробляти кілька програмних потоків. Нарешті, можна встановити на одній мікросхемі кілька процесорів. Проте всі ці прийоми, разом узяті, здатні підвищити продуктивність максимум в 10 разів у порівнянні з класичними послідовними рішеннями.

На наступному рівні можливе впровадження в систему зовнішніх плат ЦП з поліпшеними обчислювальними можливостями. Як правило, в підключаються процесорах реалізуються спеціальні функції, такі як обробка мережевих пакетів, обробка мультимедійних даних, криптографія і т. д. Продуктивність спеціалізованих додатків за рахунок цих функцій може бути підвищена в 5-10 разів.

Щоб підвищити продуктивність в сто, тисячу чи мільйон разів, необхідно звести воєдино численні процесори і забезпечити їх ефективну взаємодію. Цей принцип реалізується у вигляді великих мультипроцесорних систем і мультікомпьютеров (кластерних комп'ютерів). Природно, об'єднання тисяч процесорів у єдину систему породжує нові проблеми, які потрібно вирішувати.

Нарешті, останнім часом з'явилася можливість інтеграції через Інтернет цілих організацій. В результаті формуються слабо пов'язані розподілені обчислювальні сітки, або грати. Такі системи тільки починають розвиватися, але їх потенціал досить високий.

Коли два процесори або обробних елемента знаходяться поруч і обмінюються великими обсягами даних з невеликими затримками, вони називаються сильно пов'язаними (tightly coupled). Відповідно, коли два процесори або обробних елемента розташовуються далеко один від одного і обмінюються невеликими обсягами даних з великими затримками, вони називаються слабо пов'язаними (loosely coupled). У цьому розділі ми обговоримо принципи розробки систем цих форм паралелізму і розглянемо ряд прикладів. Почавши з сильно пов'язаних систем, для яких характерний внутріпроцессорний паралелізм, ми поступово перейдемо до слабо зв'язаних систем і в завершальній частині голови поговоримо про розподілених обчислювальних системах. Приблизний спектр розглянутих тим ілюструє рис. 8.1.

 

Рис. 8.1. Внутріпроцессорний паралелізм (а); співпроцесор (б); мультипроцессор (в); мультікомпьютер (г); слабо пов'язана розподілена обчислювальна система (д)

Паралелізм постійно виявляється темою гарячих дискусій, у зв'язку з чим в цьому розділі незвично багато посилань - в основному, на недавні роботи про заданій темі.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

32998. Понятие науки, её функции 20.99 KB
  Теоретические уровни отдельных наук смыкаются в общетеоретическом философском объяснении открытых принципов и законов в формировании мировоззренческих и методологических сторон научного познания в целом. Социологический анализ деятельности института науки в современном обществе дает основание утверждать что главной функцией науки является производство и умножение достоверного знания позволяющего раскрывать и объяснять закономерности окружающего мира Указанная выше основная функция науки в современном обществе может быть конкретизирована и...
32999. Философия техники, Исследование первопричин техники 24.35 KB
  Исследование первопричин техники. Основоположником этого раздела философии является Эрнст Капп написавший Основные направления философии техники 1877. философия техники во-первых исследует феномен техники в целом во-вторых не только ее имманентное развитие но и место в общественном развитии в целом в-третьих принимает во внимание широкую историческую перспективу.
33000. Философия и ее предмет. Исторические условия возникновения философии 42.2 KB
  Философия - любовь к мудрости (от греч. phileo - люблю и sophia - мудрость) - возникает в VII-VI веках до н.э. в Древней Греции и на Востоке - в Индии и Китае. С тех пор не утихают споры о предмете философских размышлений, назначении философии, ее соотношении с другими формами человеческой духовной деятельности.
33001. ФИЛОСОФИЯ ДРЕВНЕГО ВОСТОКА 35.04 KB
  РВ вобрала в себя миф и ритуал в таком виде она несла зачаток как религиозного так и философского видения мира и человека. Есть там и идея макрокосмической эмбриогонии согласно которой рождение космоса рассматривается по аналогии с зачатием и рождением человека в материнском лоне. Космос порождает человека. В рамках древнеиндийской философии подчёркивается значение духовной стороны человека она приобретает здесь космический смысл.
33002. Милетская школа. Милетская школа философии 26.78 KB
  Обратимся к наиболее известному опровержению возможности движения знаменитым апориям Зенона которого Аристотель назвал изобретателем диалектики. Но для философа вопрос ставиться не в плоскости эмпирического существования движения а в плане мыслимости его противоречивости и в системе понятия в диалектике его соотношения с пространством и временем. Элиатам не удалось доказать что движения нет. Они своими тонкими рассуждениями показали то что едва ли кто из их современников осмысливал что такое движение Сами они в своих размышлениях...
33003. Платон и Аристотель 17.61 KB
  Философскоэтические взгляды Платона изложены в многочисленных диалогах главное действующее лицо которых как правило его учитель Сократ. В дошедших до нас произведениях нет законченной философской системы поэтому воззрения Платона на те или иные вопросы служили и продолжают служить предметом спора между исследователями. Образы идеи по мнению Платона находятся вне времени и пространства недоступны восприятию но их может созерцать разум который и связывает два мира: потусторонний и реальный. Трудно назвать область знаний которая не...
33004. Философия поздней античности 17.13 KB
  В смысловой мир человека вторгалось чувство безосновности и негарантированности существования. Именно они порабощают человека. Его основатель Зенон из Китая утверждал что основная цель человека жить в согласии с природой и это то же самое что жить согласно с добродетелью. Стоический мудрец идеал человека является воплощенным разумом.
33005. Философия средневековья, монотеизм как основа философии средневековья 20.82 KB
  Для философии это был период когда изменились цель и характер философствования. Философы могли свободно создавать свои мировоззренческие концепции как в области онтологии так и в гносеологии этике эстетике социальной философии. А тот факт что тенденция к союзу философии и теологии к их взаимодействию проявилась еще в конце античности...
33006. Эпоха Возрождения, этапы развития 28.3 KB
  Решающую роль при этом играло обращение к философии древних греков и римлян. В философии эпохи Возрождения мы встречаемся с оригинальными модификациями аристотелизма и платонизма стоической и эпикурейской философской мысли. Для гуманистической философии Возрождения характерно рассмотрение человека прежде всего в его земном предназначении. Первый этап развития философии эпохи Возрождения Первый этап развития философии эпохи Возрождения связан с преобладанием интереса мыслителей к проблемам устройства человека в мире который рассматривался как...